驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)機(jī)械設(shè)備的槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(6)

1、目 錄1 驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)機(jī)械設(shè)備的槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（6）11.1 設(shè)計(jì)題目11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)11.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)11.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容11.2.3 設(shè)計(jì)要求11.2.4 設(shè)計(jì)任務(wù)21.2.5 設(shè)計(jì)資料22 槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析22.1 槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性分析22.2 動(dòng)靜比的計(jì)算53 槽輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算73.1 驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)機(jī)械設(shè)備扭矩的計(jì)算73.2 驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算83.3 軸的強(qiáng)度校核94 槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)114.1 槽輪主要結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算114.2 槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式124.3 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)134.3.1 槽輪軸的尺寸設(shè)計(jì)134.3.2 曲柄軸的尺寸設(shè)計(jì)144.4 軸承及鍵的選擇144.4.1

2、 軸承的選擇144.4.2 鍵的選取145 設(shè)計(jì)體會(huì)及以后的改進(jìn)意見(jiàn)15參 考 文 獻(xiàn)161 驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)機(jī)械設(shè)備的槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（6）1.1 設(shè)計(jì)題目：驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)機(jī)械設(shè)備的槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（6）一個(gè)外嚙合6槽槽輪機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)一水平循環(huán)的傳送帶設(shè)備做步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)1.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)（1）傳送帶上有40輛小車，每輛小車重20kg，小車與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)為f=0.2；（2）間歇移動(dòng)的距離為H=200mm；（3）運(yùn)動(dòng)-停歇的周期時(shí)間為10s；（3）槽輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率為0.9；（4）槽輪軸立式安裝，工作臺(tái)通過(guò)一組軸承與機(jī)架相連。1.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）根據(jù)要求，確定工作臺(tái)的靜止和轉(zhuǎn)位時(shí)間；

3、（2）計(jì)算主動(dòng)撥銷的轉(zhuǎn)速；（3）計(jì)算槽輪軸上的最大扭矩和平均扭矩；（4）對(duì)槽輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。列出槽輪的角位移、角速度和角加速度的方程，并做出相應(yīng)的曲線圖。（5）對(duì)槽輪進(jìn)行受力分析。計(jì)算轉(zhuǎn)臂軸上需要的最大驅(qū)動(dòng)力矩和平均功率，確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率；求出撥銷和轉(zhuǎn)臂之間的最大反力，校核轉(zhuǎn)臂軸直徑和槽輪軸直徑是否滿足強(qiáng)度和剛度要求。1.2.3 設(shè)計(jì)要求課程設(shè)計(jì)是一必修的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，所有學(xué)生必須重視、認(rèn)真對(duì)待，必須獨(dú)立按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，遵守設(shè)計(jì)紀(jì)律，嚴(yán)禁雷同、抄襲。圖紙要求：使用計(jì)算機(jī)軟件繪圖，注意裝配圖、零件圖的標(biāo)注內(nèi)容及格式，要求標(biāo)注完整、規(guī)范，結(jié)構(gòu)合理。說(shuō)明書要求：按照陜西科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)的

4、格式規(guī)范，內(nèi)容詳實(shí)，分析合理，計(jì)算又據(jù)，數(shù)據(jù)可靠。1.2.4 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）槽輪機(jī)構(gòu)及其轉(zhuǎn)臂組件的裝配圖（含箱體，工作臺(tái)）。（2）槽輪機(jī)構(gòu)的詳細(xì)圖紙（包含組件圖和零件圖）。（3）圖紙量最少為1張裝配圖和3張零件圖。1.2.5 設(shè)計(jì)資料（1）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書（統(tǒng)一左側(cè)裝訂）（2）相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙（總計(jì)不少于4張）（3）陜西科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)分表（網(wǎng)上下載，不同說(shuō)明書裝訂在一起，填寫完整的設(shè)計(jì)題目，姓名等相關(guān)資料，并注意評(píng)分表下面的日期為2012年）2 槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析2.1 槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性分析從結(jié)構(gòu)原理上分析，槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)際上是曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的一種變型。在槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的任一瞬時(shí)，如圖2-1所示，槽輪

5、的轉(zhuǎn)角和曲柄的轉(zhuǎn)角之間的幾何關(guān)系為圖2-1 槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性計(jì)算圖令，把它代入上式，得（2-1）將上式對(duì)時(shí)間逐次求導(dǎo)，即得槽輪運(yùn)動(dòng)的角速度和角加速度為。（2-2） (2-3)式中為曲柄轉(zhuǎn)角若滿足槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無(wú)沖擊的要求，則撥銷在進(jìn)入退出槽輪的速度和加速度為最小值。于是，由式（2-2），得 式中為撥銷進(jìn)入槽輪時(shí)的角速度，為相應(yīng)于時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。即（2-4） 所以當(dāng)曲柄撥銷在垂直角進(jìn)入時(shí)可以避免第一沖擊，此時(shí)槽輪的角加速度由式（2-3）可得，式中為撥銷進(jìn)入槽輪時(shí)的角加速度， 將代入上式可得可見(jiàn)，曲柄銷進(jìn)入槽輪時(shí)存在角速度產(chǎn)生的第二沖擊。由圖2-1知，槽輪機(jī)構(gòu)角速度變化曲線是對(duì)稱于位置的，在時(shí)達(dá)最

6、大值。這對(duì)其他槽數(shù)的槽輪機(jī)構(gòu)也都成立。只要用帶入式（2-2），即可求得槽輪的最大角速度為（2-5）槽輪角速度最大值并不發(fā)生在位置。對(duì)它求一次倒數(shù)并令它等于零得（2-6）角速度分析，=0.5 = 0° 10° 20° 30° 40° 50°60°70°80°90° 10.9150.710.4770.2750.1180-0.087-0.015-0.2角加速度分析= 010°20°30°40°50°60°70°80°90&

7、#176;0-0.929-1.335-1.272-1.029-0.8-0.577-0.428-0.319-0.246 圖2-2 角速度變化曲線圖2-3 角加速度變化曲線2.2 動(dòng)靜比的計(jì)算 設(shè)槽輪有個(gè)均勻分布的徑向槽，槽輪每一次轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)角為主動(dòng)件相應(yīng)的轉(zhuǎn)角為。由此得槽輪的轉(zhuǎn)角（2-7）槽數(shù)為6，代入公式得，曲柄的轉(zhuǎn)角（即轉(zhuǎn)臂或撥銷盤的轉(zhuǎn)角）（2-8）槽數(shù)為6，代入公式，得將值代入下式 設(shè)槽輪在一個(gè)循環(huán)周期中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為靜止時(shí)間為，曲柄銷轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為T。（2-9）將式代入以上兩式，得3 槽輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算3.1 驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)機(jī)械設(shè)備扭矩的計(jì)算 在傳送帶上，這種機(jī)械設(shè)備一般都在低速情況下工

8、作，計(jì)算扭矩時(shí)，通?？珊雎詰T性力矩而僅考慮摩擦阻力矩。由功率相等原理有：(3-1)式中 F-機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)阻力，如傳送帶與支撐導(dǎo)軌間的摩擦力（N） dh-機(jī)械設(shè)備的微小位移量（m） M2-槽輪軸上的平均扭動(dòng)轉(zhuǎn)矩（NM） d-槽輪的微小轉(zhuǎn)角（rad） (3-2)式中 H機(jī)械設(shè)備的最大步進(jìn)位移量（m） 槽輪的槽間角（rad）將 f=0.2 N=40 m=20kg代入上式F= Nmgf=40209.80.2=1568 N為槽輪軸上平均驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，主動(dòng)撥銷盤支承軸上的扭矩Mc為： (3-3)式中 Mc撥銷盤支撐軸上的扭矩 槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 0撥銷盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 槽輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率 將式（3-2）代入上式

9、并按最大扭矩計(jì)算得3.2 驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算槽輪軸上所需的最大功率為（3-4）主動(dòng)轉(zhuǎn)臂軸上所需的驅(qū)動(dòng)最大功率為（3-5）轉(zhuǎn)臂軸上需要的平均功率為（3-6）查自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)表7-2知：Z=6時(shí)，如果由電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)單個(gè)槽輪機(jī)構(gòu)，則電機(jī)的額定功率乘以過(guò)載系數(shù)一定要大于槽輪機(jī)構(gòu)的最大功率。上式求出的P2需除以過(guò)載系數(shù)后后選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率，此時(shí)選電機(jī)的過(guò)載系數(shù)為1.8，則我國(guó)普通電機(jī)的過(guò)載系數(shù)為1.82，由表可以看出，z6的槽輪機(jī)構(gòu)其比例系數(shù)大于電機(jī)的過(guò)載系數(shù)，所以在設(shè)計(jì)槽數(shù)較少的槽輪機(jī)構(gòu)時(shí)，選擇電機(jī)的額定功率應(yīng)適當(dāng)?shù)拇笥谒钠骄β?。即選用電機(jī)的功率為選取小功率電動(dòng)機(jī)，選擇YC系列功率為0.25kW

10、轉(zhuǎn)速1400r/min此時(shí)通過(guò)用無(wú)級(jí)降速器降到6r/min。3.3 軸的強(qiáng)度校核軸受彎矩不大，所以按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為(3-7)式中 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，； T軸所受的扭矩，Nm；軸的抗扭截面系數(shù)，；n軸的轉(zhuǎn)速，r/min；P軸的傳遞的功率，kW；d計(jì)算截面處軸的直徑，mm；許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位,由上式可得軸的直徑(3-8)按最大功率校核，軸選用45號(hào)鋼，則將P1max=0.19kw，P2=0.21kw,n=6rmin代入上式計(jì)算得出槽輪軸的直徑：主動(dòng)曲柄的直徑：當(dāng)軸截面上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的消弱。對(duì)于直徑mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑應(yīng)增大5%7%。故槽輪軸的直徑

11、：主動(dòng)曲柄的直徑：4 槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 4.1 槽輪主要結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算槽輪機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)尺寸取決于機(jī)構(gòu)所能傳遞的扭矩，即應(yīng)具備的強(qiáng)度條件。這和機(jī)構(gòu)的使用情況，材料、熱處理、加工裝配技術(shù)，結(jié)構(gòu)形式等許多影響因素有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)，通常根據(jù)工藝要求、布局條件選定適當(dāng)?shù)闹行木嗪筒蹟?shù)。圖4-1 槽輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖(a)、中心距暫時(shí)選取中心距=180mm(b)、主動(dòng)曲柄半徑r (c)、主動(dòng)圓銷半徑ra(d)、槽輪名義半徑R 槽輪的名義外圓半徑是指當(dāng)圓銷開始進(jìn)入槽輪（即當(dāng)圓銷中心A處在位置,如圖3-1）所示時(shí)槽輪軸心到滾子中心A之間的距離為.如果槽輪為外圓半徑則當(dāng)圓銷進(jìn)入槽輪時(shí)，將與輪槽兩側(cè)頂端有一間隙，使沖擊加劇

12、，這時(shí)槽輪實(shí)際外圓半徑應(yīng)是槽輪軸心到輪槽邊延長(zhǎng)線與圓銷切點(diǎn)D之間的距離，即(e)、槽深h(f)、槽頂厚，取b=5mm(g)、槽輪輪轂半徑(h)、曲柄軸半徑，(i)、鎖止狐半徑(j)、鎖止狐張角對(duì)定位精度要求較高時(shí)，剛可主動(dòng)轉(zhuǎn)臂上鎖止弧所對(duì)中心角，應(yīng)與槽輪在靜止時(shí)的轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)角相等，故4.2 槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式槽輪機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的結(jié)構(gòu)型式，可做成撥銷盤或曲柄，也可做成其他形式，如帶有撥銷的齒輪或蝸桿等。撥銷可做成懸臂式單支承或雙支承。單支承的剛度一般能滿足要求，且適應(yīng)性強(qiáng)，故本次設(shè)計(jì)采用單支承。撥銷采用套在螺栓上的滾子（套筒）型式。槽輪尺寸較大時(shí)可做成鑲嵌式結(jié)構(gòu)，在尺寸不大時(shí)可做成整體式結(jié)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)采用

13、整體式結(jié)構(gòu)，以降低制造成本。4.3 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)有上式計(jì)算知：槽輪軸的直徑：主動(dòng)曲柄的直徑：綜合強(qiáng)度與經(jīng)驗(yàn)公式選取槽輪軸最小直徑為36mm，曲柄軸最小直徑為38mm可免去軸的較核。輪轂的長(zhǎng)度D=(1.52)d，槽輪輪轂直徑為75mm，曲柄軸輪轂直徑為65mm繪制軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖543231圖4-2 軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖4.3.1 槽輪軸的尺寸設(shè)計(jì)（1） 確定各軸段直徑1段：d1=dmin=36mm，根據(jù)公式的估算值2段：d2=40mm，根據(jù)軸承的標(biāo)準(zhǔn)選取3段：d3=45mm，大于40mm減少加工4段：d4=48mm，安裝零件處的尺寸5段：d5=40mm，根據(jù)軸承的標(biāo)準(zhǔn)選取軸肩直徑取55、52，（2）確

14、定個(gè)軸段長(zhǎng)度1段：l=70mm，估算值2段：l=20mm，根據(jù)軸承的標(biāo)準(zhǔn)選取3段：l=75mm，根據(jù)曲柄的輪轂長(zhǎng)度計(jì)算4段：l=70mm，此處小于零件的輪轂長(zhǎng)度5段：l=20mm，根據(jù)軸承的標(biāo)準(zhǔn)選取肩的寬度為5mm，因此軸的總長(zhǎng)度為265mm4.3.2 曲柄軸的尺寸設(shè)計(jì)方法同上4.4 軸承及鍵的選擇4.4.1 軸承的選擇本次設(shè)計(jì)中由于槽輪作為傳動(dòng)件所受的扭矩大于彎矩，且在軸向方向受力較少，因此本次設(shè)計(jì)中選用深溝球軸承。查機(jī)械課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表8-23深溝球軸承分別選為曲柄軸：一對(duì)圓珠滾子軸承6008配合槽輪軸：一對(duì)圓珠滾子軸承6009配合4.4.2 鍵的選取建的選擇包括類型選擇和尺寸選擇，鍵的

15、類型應(yīng)根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來(lái)選擇，本次設(shè)計(jì)采用平鍵連接.鍵的尺寸按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來(lái)取定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬b×鍵高h(yuǎn)表示）與長(zhǎng)度l。建的截面尺寸bxh按軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長(zhǎng)度L一般可按輪轂的長(zhǎng)度來(lái)決定，即鍵長(zhǎng)等于或小于輪轂的長(zhǎng)度，且符合標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)度系列。查機(jī)械設(shè)計(jì)表6-1可知直徑48的軸上選用bh=149,深度t為公稱尺寸7mm長(zhǎng)度L=63mm直徑36的軸上選用bh=108,深度t為公稱尺寸7.5mm長(zhǎng)度L=40mm直徑44的軸上選用bh=128,深度t為公稱尺寸4.0mm長(zhǎng)度L=56mm直徑38的軸上選用bh=128,深度t為公

16、稱尺寸4.0mm長(zhǎng)度L=45mm5 設(shè)計(jì)體會(huì)及以后的改進(jìn)意見(jiàn)本次的課程設(shè)計(jì)也是大學(xué)生涯的最后一次課程設(shè)計(jì)，通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)原先學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行了一次系統(tǒng)的溫故，把原先所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次綜合。以前沒(méi)接觸過(guò)的槽輪機(jī)構(gòu)，在這次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)查閱資料，對(duì)其結(jié)構(gòu)，工作原理，有了一定了解。了解到當(dāng)其他條件相同時(shí)，槽數(shù)越少，加速度越大，慣性沖級(jí)越強(qiáng)烈，磨損越嚴(yán)重，精度保持性越差。外槽輪機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和制造安裝方便，但運(yùn)動(dòng)性能不夠理想，而且調(diào)節(jié)性能差，因此限制了他的運(yùn)動(dòng)速度。雖然可以通過(guò)增加槽輪槽數(shù)來(lái)改善槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，但槽數(shù)增加動(dòng)靜比變大，生產(chǎn)率降低。為此可以利用具有規(guī)律性變速回轉(zhuǎn)特

17、性的機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)槽輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件做變速連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，使槽輪獲得動(dòng)力特性性能良好的步進(jìn)輸出運(yùn)動(dòng)。也可以通過(guò)改變主動(dòng)撥銷回轉(zhuǎn)半徑，來(lái)改變特性。這次課程設(shè)計(jì)，使我從中學(xué)到了很多很容易被忽視的問(wèn)題、知識(shí)點(diǎn)，課堂上也有部分知識(shí)不太清楚，因此不得不邊學(xué)邊用，時(shí)刻鞏固所學(xué)知識(shí)，甚至還培養(yǎng)了自己的耐心、細(xì)心、專心的性格。尤其是這次課程設(shè)計(jì)在即將到來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，這對(duì)于明年的畢業(yè)設(shè)計(jì)肯定有莫大的幫助。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種磨練。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺，自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)自己真的是捉襟見(jiàn)肘，所以我認(rèn)為只有將學(xué)到的東西應(yīng)用到實(shí)踐中去才達(dá)到受教育的目的。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我也明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。在本次設(shè)計(jì)中，得到xxx老師指導(dǎo)幫助，在此表示感謝！本次設(shè)計(jì)還有不足，希望老師批評(píng)指正，特此致敬！ 參 考 文 獻(xiàn)1 尚久浩,張淳主編.自動(dòng)機(jī)械設(shè)